发动机负荷率与节能

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1、发动机负荷率与节能汽车知识大家谈2008-11-2917:03:21阅读150评论0字号：大中小 轿车个人消费的突起及消费者对轿车动力性的要求愈来愈高等因素的影响，发动机、特别是汽油机节能的问题变得比过去任何时候都更为突出。本文探讨发动机通过提高负荷率降低比油耗的节能途径。由於石油资源有限，国际上对限制温室气体排放的压力日益增加，轿车个人消费的突起，以及消费者对轿车动力性的要求愈来愈高等因素的影响，发动机、特别是汽油机节能的问题变得比过去任何时候都更为突出，并可能成为未来巿场竞争中决定胜负的砝码。提高汽车燃油经济性可以从发动机、变速器、车身、底盘、轮胎和制动等多方面来着手。与发动机

2、有关的节能途径可以归纳为以下两大类：第一，提高发动机本身的燃油经济性。这是指降低发动机在各种工况下的比油耗。从热力学角度来看，有几条途径可循：提高过量空气系数（提高热效率）；提高压缩比（提高热效率）；提高进气管压力（减少泵气损失）；优化燃油喷射（使燃烧更加完全）；优化汽油机点火定时或柴油机喷油定时（提高热效率）；减少热损失（提高热效率）；降低摩擦损失（提高机械效率）。第二，优化和转移发动机的工况点。这是指尽可能地使发动机运行在最低比油耗的工况区域。此举的节能潜力不可小看。混合动力车之所以节能效果明显，也与此有关。从BMW公司2001年产320d手动变速轿车4缸2.0升TDI柴油机的

3、万有特性曲线可见：*在整个工况範围内，只有一个极小的区域能够达到最低燃油消耗率；*在同一台发动机中，最高燃油消耗率可以达到最低燃油消耗率的一倍，甚至更多；*最佳燃油经济性出现在柴油机和汽油机的较高负荷率区域，因为此时的泵气损失较小。负荷率定义为在一个确定的发动机转速下实际负荷跟该转速下的最大负荷的比值；*最佳燃油经济性出现在一个很小的发动机转速区域内，而在此区域内燃油经济性最佳的负荷率大致为80~90%；*燃油经济性最佳的转速区域，在现代轿车柴油机中是2500r/min上下的中速範围，在汽油机中则在较低的转速範围，即2000r/min左右；*一般来说，提高发动机负荷率可以提高燃油经

4、济性。普及型轿车对最高车速的要求较低，那怕是装备一台标定功率只有30kW左右的发动机也可以勉强过得去，可是豪华型轿车对最高车速要求很高，甚至超过220km/h，所以後者装备的发动机功率可达前者的十倍，某些豪华型轿车装备了12缸V型或W型发动机，功率超过300kW。但是，在城巿行驶工况中，汽车怠速时间长，平均车速低，不可能达到最高车速。即使是大功率豪华型轿车，在都巿中行驶时的功率需求也只有7.5kW左右。此时，豪华型轿车只利用了发动机标定功率的很小部分，甚至只有四十分之一。要解决豪华型轿车在低工况下的燃油经济性问题，最有效的办法是缩小低工况下发动机实际功率和标定功率之间的差别，从而提

5、高发动机的负荷率。本文讨论发动机通过提高负荷率降低比油耗的节能途径。途径一：分缸断油和可切换液压挺杆分缸断油策略，就是在低工况下切断发动机一部分气缸的燃油供应，其馀各缸就会大幅度提高其负荷率，工作在经济性和排放都大为改善的工况区域。一旦这几个工作气缸已不能满足功率要求时，断油的气缸便恢复供油并点火工作。这种工作方式称为分缸断油。最简单的模式是，断油缸切断燃油供应，进、排气门照常启闭。这种模式不能消除断油缸的泵气损失。所以，另一种更好的模式是，使断油缸进、排气门暂停启闭，其节油潜力可以提高2至3倍，在汽油车中达到整车节油8~15%的效果，排放也可以相应地减少。如果在断油时能够解除气门

6、跟凸轮之间的联系，那麽就能实现这个目标。此时，尽管凸轮还在转动，气门却不为其所动。可切换液压挺杆就是为此而开发。图1为德国INA（依纳）公司开发的可切换液压挺杆。它由内挺杆和外挺杆两部分组成。内、外挺杆可以互相分离，也可以锁定为一个整体。真正的液压补偿元件在内挺杆里面，最终通过液压补偿元件操纵气门杆。内凸轮接触内挺杆，外凸轮接触外挺杆。外挺杆中的锁定柱塞可以在柱塞弹簧的压力下插入内挺杆的孔内，此时内挺杆和外挺杆连成一体，气门可以正常启闭。内挺杆中有两个操纵柱塞，可以在机油压力下克服柱塞弹簧的压力，将锁定柱塞朝外顶回到外挺杆中，使外挺杆和内挺杆互相分离，此时尽管凸轮轴在转动，气门却不

7、能启闭。图1可切换液压挺杆（资料来源：INA）左部：凸轮基圆阶段，补偿；中部：凸轮压下阶段，内外挺杆分离；右部：凸轮压下阶段，内外挺杆锁定可切换液压挺杆的工作过程分为以下两个阶段。凸轮基圆阶段如图2左部所示，此时支承弹簧将外挺杆朝上压靠到内挺杆的挡铁上。由於是凸轮基圆跟挺杆接触，所以液压补偿元件处在补偿阶段。在补偿阶段，气门间隙的补偿通过内挺杆中的液压补偿元件实现，这跟在液压挺杆内发生的情况是一样的。此时，原本外凸轮应当跟外挺杆接触，但是在外挺杆和外凸轮之间存在着微小